DE102021201070A1 - Honing stone, method for producing a honing stone and honing tool - Google Patents
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Abstract
Eine Honleiste (200) zur Verwendung in einem Honwerkzeug zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung umfasst einen Schneidbelagträger (202), der an einer Außenseite einen Schneidbelag (210) trägt, welcher innerhalb einer Bindung (213) gebundene Schneidkörner (215) und eine abrasive Arbeitsfläche (220) zum Eingriff an der Innenfläche der Bohrung aufweist. Die Honleiste (200) definiert eine parallel zu einer Bohrungsachse auszurichtende Längsrichtung (L). Die Arbeitsfläche (220) erstreckt sich in einer zur Längsrichtung senkrechten Breitenrichtung (B) zwischen einer ersten Seitenfläche (212-1) und einer zweiten Seitenfläche (212-2) des Schneidbelags. Die Arbeitsfläche (220) weist eine generell konvexe makroskopische Gestalt mit wenigstens zwei makroskopisch ebenen Facetten (230-1, 230-2, 230-3) unterschiedlicher Orientierung auf, die entlang von in Längsrichtung verlaufenden Kanten (235-1 bis 235-4) zu einer benachbarten Facette oder einer Seitenfläche übergehen.A honing stone (200) for use in a honing tool for machining the inner surface of a bore comprises a cutting layer carrier (202) which carries a cutting layer (210) on an outside, which cutting grains (215) are bound within a bond (213) and an abrasive working surface (220) for engaging the inner surface of the bore. The honing stone (200) defines a longitudinal direction (L) to be aligned parallel to a borehole axis. The working surface (220) extends in a width direction (B) perpendicular to the longitudinal direction between a first side surface (212-1) and a second side surface (212-2) of the cutting surface. The work surface (220) has a generally convex macroscopic shape with at least two macroscopic planar facets (230-1, 230-2, 230-3) of different orientations extending along longitudinal edges (235-1 to 235-4) transition to an adjacent facet or face.
Description
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIKFIELD OF APPLICATION AND PRIOR ART
Die Erfindung betrifft eine Honleiste gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1, ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Honleiste sowie ein Honwerkzeug, das mindestens eine solche Honleiste aufweist.The invention relates to a honing stone according to the preamble of claim 1, a method for producing such a honing stone, and a honing tool that has at least one such honing stone.
Das Fertigungsverfahren Honen wird vielfach für die qualitätsbestimmende Endbearbeitung von tribologisch beanspruchbaren Innenflächen von Bohrungen genutzt. Beispielsweise werden Zylinderlaufflächen in Zylinderblöcken (Zylinderkurbelgehäusen) oder Zylinderlaufbuchsen, Lagerflächen für Wellen, z.B. in einer Kurbelwellenlagerbohrung, zylindrische Innenflächen in Pleuelaugen, Lagerflächen an Pleueln, Zahnrädern oder Bauteilen für andere Kraft- und Arbeitsmaschinen, beispielsweise Kompressoren, häufig mittels Honen bearbeitet.The honing manufacturing process is often used for the quality-determining finishing of tribologically stressable inner surfaces of bores. For example, cylinder running surfaces in cylinder blocks (cylinder crankcases) or cylinder liners, bearing surfaces for shafts, e.g. in a crankshaft bearing bore, cylindrical inner surfaces in connecting rod eyes, bearing surfaces on connecting rods, gears or components for other power and work machines, such as compressors, are often processed using honing.
Das Honen ist ein Zerspanungsverfahren mit geometrisch unbestimmten Schneiden, welches mit einem in der Regel aufweitbaren Honwerkzeug durchgeführt wird. Das Honwerkzeug führt während einer Honoperation in der Bohrung eine aus zwei Komponenten bestehende Arbeitsbewegung aus, die zu einer charakteristischen Oberflächenstruktur der bearbeiteten Innenfläche führt. Die Arbeitsbewegung besteht in der Regel aus einer axial hin- und hergehenden Hubbewegung und einer dieser überlagerten Drehbewegung. Die Oberflächenstruktur weist in der Regel überkreuzte Bearbeitungsspuren auf.Honing is a machining process with geometrically undefined cutting edges, which is usually carried out with an expandable honing tool. During a honing operation in the bore, the honing tool performs a work movement consisting of two components, which leads to a characteristic surface structure of the machined inner surface. The working movement usually consists of an axially reciprocating lifting movement and a rotary movement superimposed on this. The surface structure usually shows crossed processing marks.
Das Bearbeitungsverfahren Honen arbeitet mit gebundenem Schneidkorn unter ständiger Flächenberührung zwischen den abrasiven Arbeitsflächen des Honwerkzeugs und der Bohrungsoberfläche. Die Arbeitsflächen weisen daher meist eine mehr oder weniger starke konvex-zylindrische (oder auch leicht konische) Krümmung auf. Die Schneidkörner sind in einem Bindungssystem (auch als „Bindung“ bezeichnet) gebunden und bilden gemeinsam mit dem Bindungssystem einen Schneidbelag. Das Bindungssystem hat dabei die Aufgabe, die gebundenen Schneidkörner so lange festzuhalten, bis sie durch den Schneidprozess abgestumpft sind. Dann sollen sie freigegeben werden, so dass neue, noch scharfkantige Schneidkörner in Eingriff mit dem Werkstück gelangen können (Selbstschärfungseffekt). Die Bindung sollte dazu gegenüber frei liegenden Teilen der Schneidkörner zurückgesetzt sein, so dass ein sogenannter Kornüberstand vorliegt.The honing process works with bonded cutting grain with constant surface contact between the abrasive working surfaces of the honing tool and the bore surface. The working surfaces therefore usually have a more or less strong convex-cylindrical (or also slightly conical) curvature. The cutting grains are bound in a binding system (also referred to as "binding") and together with the binding system form a cutting surface. The binding system has the task of holding the bound cutting grains in place until they are blunted by the cutting process. Then they should be released so that new, still sharp-edged cutting grains can engage with the workpiece (self-sharpening effect). For this purpose, the bond should be set back from exposed parts of the cutting grains so that there is what is known as a grain overhang.
Ein Honwerkzeug der in dieser Anmeldung betrachteten Art hat einen Werkzeugkörper, der eine Werkzeugachse definiert, um die sich das Honwerkzeug bei der Honbearbeitung dreht. An dem Werkzeugkörper ist mindestens eine radial zustellbare Honleiste angeordnet, die an einer Außenseite einen Schneidbelag aufweist. Der Schneidbelag weist innerhalb einer Bindung gebundene Schneidkörner und eine abrasive Arbeitsfläche zum Eingriff an der Innenfläche der Bohrung auf.A honing tool of the type contemplated in this application has a tool body that defines a tool axis about which the honing tool rotates during honing. At least one radially advanceable honing stone is arranged on the tool body, which has a cutting surface on an outside. The cutting layer has cutting grains bonded within a bond and an abrasive working surface for engaging the inner surface of the bore.
Werden Honwerkzeuge bei der Neuherstellung oder im Rahmen einer späteren Wartung oder Reparatur mit frischen (neu hergestellten oder frisch aufbereiteten) Honleisten ausgestattet, so sind sie in der Regel nicht sofort mit bester Abtragleistung nutzbar, sondern es ist eine gewisse Einlaufphase nötig, um eine gute, flächige Anpassung zwischen den Arbeitsflächen der Honleisten und den zu bearbeitenden Bohrungsinnenflächen zu erreichen. Die Einlaufphase benötigt Zeit. Außerdem können in der Einlaufphase meist keine Gutteile produziert werden, so dass Ausschuss produziert wird.If honing tools are equipped with fresh (newly manufactured or freshly prepared) honing stones when they are newly manufactured or as part of later maintenance or repair work, they cannot usually be used immediately with the best removal rate, but a certain running-in phase is necessary to ensure a good, to achieve a flat adaptation between the working surfaces of the honing stones and the inner surfaces of the bore to be machined. The run-in phase takes time. In addition, no good parts can usually be produced in the run-in phase, so that rejects are produced.
Um ein günstiges Einlaufverhalten zu erreichen, wird bei einem bekannten Verfahren ein Werkzeugkörper mit neuen Honleisten bestückt, das so zusammengestellte Honwerkzeug in eine Rundschleifmaschine eingespannt und mit Hilfe einer Schleifscheibe unter Drehung des Honwerkzeugs um seine Werkzeugachse mittels Rundschleifen bearbeitet. Dabei wird durch die Schleifbearbeitung eine zylindrisch gekrümmte Makroform der abrasiven Arbeitsflächen der Schneidbeläge erzeugt. Bei diesem Schleifvorgang erhält der Schneidbelag die gewünschte Rundheit bzw. Zylinderform der Arbeitsfläche, deren Krümmung etwa der Krümmung der zu bearbeitenden Bohrungsinnenfläche entspricht, so dass ein flächiger Arbeitseingriff möglich ist. Außerdem erhält der Schneidbelag die gewünschte Geradheit parallel zur Werkzeugachse. In der Regel kann durch Rundschleifen auch die Bindung zurückgesetzt werden, so dass die Arbeitsfläche von Anfang an schneidfreudig ist.In order to achieve a favorable running-in behavior, a tool body is equipped with new honing stones in a known method, the honing tool assembled in this way is clamped in a cylindrical grinding machine and processed by means of cylindrical grinding with the aid of a grinding wheel while the honing tool is rotated about its tool axis. A cylindrically curved macro-shape of the abrasive working surfaces of the cutting linings is produced by the grinding process. During this grinding process, the cutting surface is given the desired roundness or cylindrical shape of the working surface, the curvature of which corresponds approximately to the curvature of the bore inner surface to be machined, so that a flat working engagement is possible. In addition, the cutting surface is given the desired straightness parallel to the tool axis. As a rule, the binding can also be set back by circular grinding, so that the work surface is easy to cut from the start.
In der europäischen Patentschrift
AUFGABE UND LÖSUNGTASK AND SOLUTION
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Honleiste bereitzustellen, deren Verwendung es ermöglicht, dass ein damit ausgestattetes Honwerkzeug bereits nach einer kurzen Einlaufphase Bohrungen mit hoher Honqualität erzeugen kann. Es ist eine weitere Aufgabe, ein mit vertretbarem Aufwand effizient durchführbares Verfahren zur Herstellung einer solchen Honleiste und ein mit mindestens einer solchen Honleiste ausgestattetes Honwerkzeug bereitzustellen.The object of the invention is to provide a honing stone, the use of which enables a honing tool equipped with it to produce bores with a high honing quality after just a short run-in phase. A further object is to provide a method for producing such a honing stone that can be carried out efficiently with reasonable effort and a honing tool equipped with at least one such honing stone.
Zur Lösung dieser Aufgaben stellt die Erfindung eine Honleiste mit den Merkmalen von Anspruch 1, ein Verfahren zum Herstellen einer solchen Honleiste mit den Merkmalen von Anspruch 8 sowie ein Honwerkzeug mit den Merkmalen von Anspruch 12 bereit. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird durch Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht.To solve these problems, the invention provides a honing stone with the features of claim 1, a method for producing such a honing stone with the features of claim 8, and a honing tool with the features of claim 12. Advantageous developments are specified in the dependent claims. The wording of all claims is incorporated into the description by reference.
Eine erfindungsgemäße Honleiste ist dafür vorgesehen, in ein Honwerkzeug eingesetzt und in dem Honwerkzeug zur Bearbeitung der Innenfläche einer Bohrung verwendet zu werden. Die Honleiste weist einen Schneidbelagträger auf, der an einer Außenseite einen Schneidbelag trägt, welcher innerhalb einer Bindung gebundene Schneidkörner und eine abrasive Arbeitsfläche zum Eingriff an der Innenfläche der Bohrung aufweist. Der Schneidbelag enthält eine Vielzahl von Schneidkörnern, die in der Regel homogen innerhalb der Bindung verteilt sind.A honing stick according to the invention is intended to be inserted into a honing tool and to be used in the honing tool for machining the inner surface of a bore. The honing stone has a cutting layer carrier, which carries a cutting layer on an outer side, which has cutting grains bound within a bond and an abrasive working surface for engaging on the inner surface of the bore. The cutting layer contains a large number of cutting grains, which are usually distributed homogeneously within the bond.
Bei der Bindung kann es sich beispielsweise um eine metallische Bindung oder um eine keramische Bindung handeln. Die Schneidkörner können je nach beabsichtigter Anwendung der Honleiste beispielsweise Diamantkörner oder Körner aus kubischem Bornitrid sein, gegebenenfalls auch Schneidkörner aus Siliciumcarbid (SiC) oder Korund (Aluminiumoxid). Typische mittlere Korngrößen können beispielsweise im Bereich von 5 µm bis 251 µm, insbesondere im Bereich von 10 µm bis 126 µm, liegen.The bond can be a metallic bond or a vitrified bond, for example. Depending on the intended application of the honing stone, the cutting grains can be, for example, diamond grains or grains of cubic boron nitride, optionally also cutting grains of silicon carbide (SiC) or corundum (aluminum oxide). Typical mean grain sizes can be, for example, in the range from 5 μm to 251 μm, in particular in the range from 10 μm to 126 μm.
Die Honleiste definiert eine Längsrichtung, die im betriebsfertig montierten Zustand des Honwerkzeugs bei der Honoperation im Wesentlichen parallel zur Werkzeugachse und zur Bohrungsachse der bearbeiteten Bohrung ausgerichtet ist. Senkrecht zur Längsrichtung verläuft die Breitenrichtung, die im betriebsfertig montierten Zustand im Wesentlichen senkrecht zur Werkzeugachse verläuft. Die Arbeitsfläche, die sich bei bestimmungsgemäßer Nutzung des mit der Honleiste ausgestatteten Honwerkzeugs an der der Bohrungsinnenwand zugewandten Seite des Schneidbelags befindet, erstreckt sich in der Breitenrichtung zwischen einer ersten Seitenfläche und einer zweiten Seitenfläche des Schneidbelags bzw. einem ersten und einem zweiten Seitenrand. Die Seitenränder sind diejenigen linienförmigen Bereiche, in denen die Arbeitsfläche in die Seitenflächen übergeht. Im bestimmungsgemäßen Gebrauch der in das Honwerkzeug eingebauten Honleiste eilt einer der Seitenränder dem anderen Seitenrand bei der Drehung des Honwerkzeugs voraus, die Seitenränder sind also in Umfangsrichtung der Bohrung gegeneinander versetzt.The honing stone defines a longitudinal direction which, when the honing tool is assembled ready for operation, is aligned essentially parallel to the tool axis and to the bore axis of the machined bore during the honing operation. The width direction runs perpendicular to the longitudinal direction, which runs essentially perpendicular to the tool axis in the fully assembled state. The working surface, which is located on the side of the cutting surface facing the inner wall of the bore when the honing tool equipped with the honing stone is used as intended, extends in the width direction between a first side surface and a second side surface of the cutting surface or a first and a second side edge. The side edges are the linear areas where the work surface merges into the side surfaces. When the honing stone built into the honing tool is used as intended, one of the side edges precedes the other side edge as the honing tool rotates, ie the side edges are offset relative to one another in the circumferential direction of the bore.
Gemäß einer Formulierung der Erfindung hat die Arbeitsfläche eine generell konvexe makroskopische Gestaltung in dem Sinne, dass ein mittlerer Bereich zwischen den Seitenflächen bzw. Seitenrändern in Bezug auf eine durch die Seitenränder aufgespannte gemeinsame Ebene nach außen, also weg vom Schneidbelagträger, vorsteht. Die makroskopische Gestalt der Arbeitsfläche ist gekennzeichnet durch wenigstens zwei makroskopisch ebene Facetten unterschiedlicher Orientierung, die entlang von in Längsrichtung verlaufenden Kanten in eine benachbarte Facette oder an einem Seitenrand in eine Seitenfläche übergehen. Benachbarte Facetten bilden an der eingeschlossenen Kante einen Innenwinkel von weniger als 180°. Der Innenwinkel kann z.B. im Bereich von 150° bis 179° liegen.According to one formulation of the invention, the working surface has a generally convex macroscopic configuration in the sense that a central region between the side surfaces or side edges projects outwards, i.e. away from the cutting layer carrier, with respect to a common plane spanned by the side edges. The macroscopic shape of the work surface is characterized by at least two macroscopically planar facets of different orientation, which merge into an adjacent facet along edges running in the longitudinal direction or into a side surface at one side edge. Adjacent facets form an interior angle of less than 180° at the included edge. For example, the interior angle may be in the range of 150° to 179°.
Es hat sich gezeigt, dass derartige Honleisten sehr schnell nach Beginn der Einlaufphase eine ausreichend gute Honqualität liefern, da sich die makroskopische Gestalt der Arbeitsfläche aufgrund der zunächst vorliegenden facettierten Makroform sehr schnell an die gekrümmte Form der Innenfläche der Bohrung angleicht. Derzeit wird dieser überraschende Effekt so verstanden, dass die am Anfang noch facettierte Arbeitsfläche bei radialer Zustellung der Honleiste zunächst nur entlang von einer oder mehreren längs verlaufenden Kanten in Kontakt mit der Bohrungsinnenfläche tritt. Aufgrund des mehr oder weniger linienförmigen Kontakts ergibt sich im Bereich der Kanten eine hohe Flächenpressung und entsprechend hoher Verschleiß am Schneidbelag, so dass sich die Makroform der Arbeitsfläche ausgehend von den Kanten in beide Umfangsrichtungen sehr schnell an die gekrümmte Form der Bohrungsinnenfläche angleicht. Dadurch stellt sich zügig über die gesamte Breite zwischen den Seitenrändern ein kompletter Flächenkontakt zwischen Arbeitsfläche und Bohrungsinnenfläche ein.It has been shown that such honing sticks provide a sufficiently good honing quality very quickly after the start of the running-in phase, since the macroscopic shape of the working surface adapts very quickly to the curved shape of the inner surface of the bore due to the initially faceted macro shape. At present, this surprising effect is understood in such a way that the working surface, which is still faceted at the beginning, comes into contact with the bore inner surface only along one or more longitudinal edges when the honing stone is advanced radially. Due to the more or less linear contact, there is high surface pressure in the area of the edges and correspondingly high wear on the cutting surface, so that the macro shape of the working surface, starting from the edges in both circumferential directions, adapts very quickly to the curved shape of the inner surface of the bore. As a result, complete surface contact between the work surface and the inner surface of the hole is quickly established over the entire width between the side edges.
Diese Vorteile im Einlaufverhalten sind auf relativ einfache und entsprechend kostengünstige Weise erzielbar, da die Erzeugung makroskopisch ebener Facetten an einem Schneidbelag herstellungstechnisch einfacher und kostengünstiger realisierbar ist als beispielsweise die Erzeugung von zylindrisch gekrümmten Arbeitsflächen beim Rundschleifen.These advantages in the running-in behavior can be achieved in a relatively simple and correspondingly cost-effective manner, since the production of macroscopically planar facets on a cutting layer is produced technically simpler and cheaper to implement than, for example, the production of cylindrically curved work surfaces during cylindrical grinding.
Als weiterer Vorteil kommt hinzu, dass der Durchmesserbereich um einen Nenndurchmesser, für den eine Honleiste mit facettierter Arbeitsfläche eingesetzt werden kann, vergleichsweise größer ist als der Durchmesserbereich, der sich von einer bereits zylindrisch gekrümmt vorbearbeiteten Arbeitsfläche gut abdecken lässt. Honleisten gemäß der beanspruchten Erfindung zeichnen sich somit durch relativ einfache und kostengünstige Herstellbarkeit, eine schnelle Anpassung an die zu bearbeitende Bohrungsfläche sowie eine gewisse Toleranz hinsichtlich des Bohrungsdurchmessers aus.Another advantage is that the diameter range around a nominal diameter for which a honing stone with a faceted working surface can be used is comparatively larger than the diameter range that can be easily covered by a working surface that has already been cylindrically curved. Honing stones according to the claimed invention are thus characterized by being relatively easy and inexpensive to manufacture, quick adaptation to the bore surface to be machined and a certain tolerance with regard to the bore diameter.
Es kann ausreichen, wenn die Arbeitsfläche zwischen den Seitenflächen bzw. den Seitenrändern nur genau zwei Facetten hat, so dass die Arbeitsfläche eine Dachform einnimmt. Bevorzugte Ausführungsbeispiele haben mehr als zwei Facetten, beispielsweise drei, vier, fünf oder sechs Facetten. Dadurch kann eine kontinuierlich gekrümmte Fläche besser angenähert werden.It can be sufficient if the work surface has only exactly two facets between the side surfaces or the side edges, so that the work surface assumes a roof shape. Preferred embodiments have more than two facets, such as three, four, five, or six facets. As a result, a continuously curved surface can be better approximated.
Als besonders vorteilhaft hat es sich herausgestellt, wenn die Arbeitsfläche genau drei Facetten aufweist. Diese Anzahl stellt einen guten Kompromiss zwischen einer guten Anpassungsfähigkeit an den Bohrungsinnendurchmesser einerseits und einfacher Fertigung andererseits dar.It has turned out to be particularly advantageous if the work surface has exactly three facets. This number represents a good compromise between good adaptability to the inside diameter of the bore on the one hand and simple production on the other.
Bei manchen Ausführungsformen weisen die Facetten im Wesentlichen gleiche Breiten auf. Eine „im Wesentlichen gleiche Breite“ liegt vor, wenn sich die zu vergleichenden Breiten der Facetten um nicht mehr als ± 20 % unterscheiden. Dadurch ergeben sich besonders gleichmäßige Verteilungen der Anpressdrücke in den Kantenbereichen und eine entsprechende gleichmäßige Angleichung während der Einlaufphase.In some embodiments, the facets have substantially equal widths. A "substantially equal width" is given when the widths of the facets to be compared do not differ by more than ± 20%. This results in a particularly even distribution of the contact pressures in the edge areas and a correspondingly even adjustment during the running-in phase.
Gemäß einer Weiterbildung sind die Facetten derart dimensioniert, dass die Seitenränder und die mindestens eine Kante zwischen Facetten auf einer gemeinsamen Zylinderfläche liegen, die einen Krümmungsradius aufweist, der im Wesentlichen einem Nennradius der später zu bearbeitenden Bohrung entspricht. Dadurch kann erreicht werden, dass gleich zu Beginn sowohl die Kanten, die sich an den Seitenrändern zwischen Seitenfläche und seitlicher Facette bilden, als auch die zwischenliegenden Kanten (eine oder mehrere) mehr oder weniger gleichzeitig unter ähnlichen Anpressbedingungen an der Bohrungsinnenwand anlegen, wodurch die Gestaltänderung in der Einlaufphase von Beginn an günstig über alle Kanten verteilt wird. According to one development, the facets are dimensioned such that the side edges and the at least one edge between facets lie on a common cylindrical surface that has a radius of curvature that essentially corresponds to a nominal radius of the borehole to be machined later. In this way it can be achieved that right at the beginning both the edges that form on the side edges between the side surface and the side facet and the edges in between (one or more) rest more or less simultaneously under similar pressing conditions on the inner wall of the bore, which causes the change in shape is distributed favorably over all edges right from the start in the running-in phase.
Bei bevorzugten Ausführungsbeispielen ist an der Arbeitsfläche die Bindung gegenüber freiliegenden Teilen der Schneidkörner zurückgesetzt, so dass ein Kornüberstand vorliegt. Die Facetten sind somit von Anfang an schneidfreudig, auch während der Einlaufphase.In preferred exemplary embodiments, the bond is set back on the working surface in relation to exposed parts of the cutting grains, so that there is a grain protrusion. The facets are therefore ready to cut right from the start, even during the running-in phase.
Bei einem Verfahren zur Herstellung einer solchen Honleiste wird zunächst ein Honleisten-Rohling bereitgestellt, der einen Schneidbelagträger aufweist, der an einer Außenseite einen Schneidbelag trägt, welcher innerhalb einer Bindung gebundene Schneidkörner aufweist. An dem Schneidbelag wird dann eine zum Eingriff an der Innenfläche der Bohrung vorgesehene abrasive Arbeitsfläche erzeugt. Diese erstreckt sich, wie oben erwähnt, in Breitenrichtung betrachtet zwischen einem ersten und einem zweiten Seitenrand bzw. zwischen den Seitenflächen des Schneidbelags. Die Arbeitsfläche wird derart erzeugt, dass sie eine generell konvexe Gestalt mit wenigstens zwei Facetten erhält, die entlang von in Längsrichtung verlaufenden Kanten zu einer benachbarten Facette oder eine Seitenfläche übergehen.In a method for producing such a honing stone, a honing stone blank is first provided, which has a cutting layer carrier that carries a cutting layer on an outside, which has cutting grains bound within a bond. An abrasive working surface intended for engagement with the inner surface of the bore is then produced on the cutting layer. As mentioned above, viewed in the width direction, this extends between a first and a second side edge or between the side surfaces of the cutting surface. The work surface is created to have a generally convex shape with at least two facets merging along longitudinal edges to an adjacent facet or face.
Die Facetten könnten bereits bei der Herstellung des Schneidbelags erzeugt werden, beispielsweise beim Sintern eines gesinterten Schneidbelags durch entsprechende Formgebung einer Form.The facets could already be produced during the production of the cutting layer, for example during the sintering of a sintered cutting layer by appropriate shaping of a mold.
Vorzugsweise werden jedoch die Facetten ausgehend von einem Rohzustand des Schneidbelags durch lokalen Materialabtrag erzeugt. Meist werden Rohlinge verwendet, bei denen ein Schneidbelag konstanter Dicke auf einer ebenen Außenseite des Schneidbelagträgers aufgebracht ist, so dass der Honleisten-Rohling insgesamt eine rechteckige Querschnittsform hat, bevor am Schneidbelag die Facetten durch lokal ungleichen Materialabtrag erzeugt werden.However, the facets are preferably produced by local material removal starting from a raw state of the cutting layer. In most cases, blanks are used in which a cutting layer of constant thickness is applied to a flat outer side of the cutting layer carrier, so that the honing stone blank has a rectangular cross-sectional shape overall before the facets are produced on the cutting layer by locally unequal material removal.
Bei bevorzugten Ausführungsformen werden die Facetten am Schneidbelag des Honleisten-Rohlings mittels Planschleifen erzeugt, insbesondere durch Stirnschleifen. Beim Stirnschleifen ergibt sich ein besonders gleichmäßiger Verschleiß des Stirnschleifwerkzeugs, so dass hohe Stückzahlen ohne erneutes Abrichten des Schleifwerkzeugs bearbeitet werden können. Als Schleifwerkzeug kann beispielsweise eine Topfscheibe verwendet werden.In preferred embodiments, the facets on the cutting surface of the honing stone blank are produced by face grinding, in particular face grinding. Face grinding results in a particularly even wear of the face grinding tool, so that large quantities can be processed without having to dress the grinding tool again. A cup wheel, for example, can be used as the grinding tool.
In vielen Fällen wird zur Erzeugung der Facetten ein Planschleifwerkzeug mit Diamant-Schneidkörnern verwendet, die beispielsweise in einer metallischen Matrix gebunden sein können. Solche Schleifwerkzeuge zeichnen sich unter anderem durch hohe Standzeiten aus und können viele unterschiedliche Schneidbelag-Typen materialabtragend bearbeiten. In many cases, a plane grinding tool with diamond cutting grains, which can be bonded in a metallic matrix, for example, is used to produce the facets. Such grinding tools are characterized, among other things, by a long service life and can process many different types of cutting layers in a material-removing manner.
Vorzugsweise umfasst die Herstellung der Honleiste auch ein Zurücksetzen der Bindung an der Arbeitsfläche an den Facetten. Die Erzeugung der Arbeitsfläche wird dabei vorzugsweise in zwei aufeinanderfolgenden Stufen erreicht. Dabei werden in einem ersten Schritt im Wesentlichen ebene Facetten ohne Kornüberstand erzeugt, bevor danach in einem zweiten Schritt die Bindung an den Facetten in einer Rücksetzoperation gegenüber den Schneidkörnern zurückgesetzt wird.Preferably, the manufacture of the honing stone also includes resetting the bond on the work surface at the facets. The creation of the work surface is preferably achieved in two successive stages. In a first step, essentially planar facets without grain overhang are produced, before the bond on the facets is reset in a second step in relation to the cutting grains in a reset operation.
Für die Rücksetzoperation kann ein Planschleifwerkzeug mit einem Schneidbelag verwendet werden, dessen Schneidkörner zwar härter als die Bindung des Schneidbelags der Honleiste sind, die Schneidkörner des Schneidbelags der Honleiste aber nicht schneiden können.For the resetting operation, a face grinding tool with a cutting surface can be used, the cutting grains of which are harder than the bond of the cutting surface of the honing stone, but cannot cut the cutting grains of the cutting surface of the honing stone.
Die Erfindung betrifft auch ein Honwerkzeug, welches mindestens eine Honleiste der hier beschriebenen Art aufweist.The invention also relates to a honing tool which has at least one honing stone of the type described here.
Figurenlistecharacter list
Weitere Vorteile und Aspekte der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, die nachfolgend anhand der Figuren erläutert sind.
-
1 zeigt einen Längsschnitt durch eine Ausführungsform eines Einleisten-Honwerkzeugs mit einer eingesetzten Honleiste vor der Einlaufphase; -
2 zeigt einen schematischen Querschnitt durch den Schneidbereich des Honwerkzeugs und durch die Honleiste; -
3 zeigt eine schematische, nicht maßstabsgetreue Darstellung eines senkrecht zur Längsrichtung der Honleiste geführten Querschnitts durch die Honleiste; -
4A ,4B ,4C zeigen verschiedenen Phasen der Herstellung der Honleiste.
-
1 shows a longitudinal section through an embodiment of a single-stick honing tool with an inserted honing stick before the running-in phase; -
2 shows a schematic cross section through the cutting area of the honing tool and through the honing stone; -
3 shows a schematic representation, not true to scale, of a cross section through the honing stone, taken perpendicularly to the longitudinal direction of the honing stone; -
4A ,4B ,4C show different phases of the manufacture of the honing stone.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELEDETAILED DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS
In der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen werden aus Gründen der Übersichtlichkeit identische oder ähnliche Merkmale in allen gezeigten Beispielen jeweils mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.In the following description of exemplary embodiments, identical or similar features are denoted by the same reference symbols in all examples shown for reasons of clarity.
In
Das Honwerkzeug 100 hat einen aus Stahl oder Hartmetall gefertigten Werkzeugkörper 110 in Form eines beidseitig offenen Rohres mit einer relativ großen Wandstärke. Ein Endabschnitt des Werkzeugkörpers ist in eine zylindrische Aufnahmeöffnung eines Werkzeugschafts 120 drehfest eingeführt und dort mit Hilfe einer Halteschraube 122 fixiert. Der Werkzeugschaft 120 dient zur Ankopplung des Honwerkzeugs an die Honspindel einer Werkzeugmaschine. Werkzeugschaft und Werkzeugkörper können auch auf andere Weise lösbar oder unlösbar miteinander verbunden sein, beispielsweise durch Einklemmen, durch Löten o. dgl.The honing
In einem dem Werkzeugschaft gegenüberliegenden freien Endabschnitt des Werkzeugskörpers befindet sich der Schneidbereich des Honwerkzeugs, der für die Honbearbeitung in das Innere einer zur bearbeiteten Bohrung 195 in einem Werkstück 190 eingeführt wird, um die Bohrungsinnenfläche 192 zu honen. Die Bohrung hat einen Nenndurchmesser D, der z.B. im Bereich von 10 mm bis 40 mm liegen kann, ggf. aber auch darüber oder darunter.The cutting area of the honing tool is located in a free end section of the tool body opposite the tool shank. The bore has a nominal diameter D, which can be, for example, in the range from 10 mm to 40 mm, but it can also be larger or smaller if necessary.
Der Werkzeugkörper 110 weist im Schneidbereich eine vom Inneren des Werkzeugkörpers nach außen durchgehende, rechteckförmige Honleistenaufnahmeöffnung 140 auf, in der beim zusammengebauten Honwerkzeug die Honleiste 200 passgenau und radial verschiebbar aufgenommen ist.In the cutting area, the
Die Honleiste 200 hat in ihrer parallel zur Werkzeugachse 112 verlaufenden Längsrichtung L eine Länge, die größer ist als die Breite, die in der Breitenrichtung B gemessen wird, welche senkrecht zur Längsrichtung L und zur Radialrichtung R verläuft. Es ist auch möglich, dass die axiale Länge einer Holleiste kürzer ist als die in Umfangsrichtung oder Breitenrichtung gemessene Breite.In its longitudinal direction L running parallel to the
An der der Honleistenaufnahmeöffnung 140 gegenüberliegenden Seite sind am Werkzeugkörper zwei um etwa 90° gegeneinander umfangsversetzte Führungsleisten 180, 181 aus Hartmetall, Sintermetall oder einem anderen harten, zum Beispiel keramischen, Werkstoff angebracht. Diese sind dafür ausgebildet, sich mit ihren glatt polierten, gekrümmten Außenflächen an der Innenwand der zu honenden Bohrung abzustützen. Die Führungsleisten können eine z.B. aus Diamant bestehende Beschichtung tragen, die eine verschleißfeste Außenfläche bildet.On the side opposite the honing
Die insgesamt plattenförmige Honleiste 200 hat einen plattenförmigen, häufig auch als Tragleiste bezeichneten Schneidbelagträger 202 aus Stahl, an dessen ebener, radialer Außenseite 204 ein Schneidbelag 210 aufgebracht ist, der die in einer Bindung 213 gebundenen Schneidstoffkörner 215 hält. Der Schneidbelag des Beispiels weist Diamantschneidkörner auf, die in einer metallischen Bindung (z.B. aus einer Bronzelegierung) gebunden sind. Der Schneidbelag 210 ist im Beispielsfall auf den Schneidbelagträger 202 aufgesintert, kann aber bei anderen Ausführungsformen auch aufgeklebt oder aufgelötet oder durch Nieten oder Schrauben am Schneidbelagträger befestigt sein. Eine Honleiste kann auch durch einen einstückigen Sinterkörper gebildet sein. An der radialen Außenseite des Schneidbelags 210 befindet sich eine abrasive Arbeitsfläche 220, die zum Eingriff an der Innenfläche der Bohrung vorgesehen ist.The overall plate-shaped honing
Die radiale Innenseite des Schneidbelagträgers 202 hat eine ebene Schrägfläche 216, die mit einer komplementären ebenen Schrägfläche am unteren Ende einer im Werkzeugkörper geführten Zustellstange 130 nach Art eines Keilantriebs derart zusammenwirkt, dass die Honleiste 200 innerhalb der Honleistenaufnahmeöffnung 140 radial nach außen gedrückt wird, wenn die Zustellstange durch den in der Honmaschine untergebrachten Zustellantrieb in Richtung des Schneidbereichs des Honwerkzeugs gedrückt wird.The radial inner side of cutting
Bei der Honbearbeitung soll das Honwerkzeug 100 mit der abrasiven Arbeitsfläche 220 in ständiger Flächenberührung zur Innenfläche 192 der Bohrung 195 stehen. Bei einem gut eingelaufenen Honwerkzeug ist daher die abrasive Arbeitsfläche im Wesentlichen zylindrisch gekrümmt und hat einen Krümmungsradius, der im Wesentlichen dem Innenradius der bearbeiteten Bohrung entspricht.During honing, the honing
Bei dem Honwerkzeug 100 ist dies jedoch noch nicht der Fall. Es handelt sich um ein Honwerkzeug, das mit einer neu hergestellten oder neu wiederaufbereiteten Honleiste 200 ausgestattet ist, mit der noch keine Honoperation durchgeführt worden ist. Bei dem Honwerkzeug kann es sich also um ein Neuwerkzeug oder um ein gebrauchtes Honwerkzeug handeln, das mit einer neuen bzw. frischen Honleiste 200 bestückt ist.However, this is not yet the case with the honing
Die Honleiste 200 zeichnet sich durch Besonderheiten aus, die es ermöglichen, dass das Honwerkzeug bereits nach einer sehr kurzen Einlaufphase Gutteile mit hoher Honqualität der Bohrungsinnenfläche erzeugen kann. Zur Illustration zeigt
Es gibt auch Varianten, bei denen der Schneidbelagträger breiter als der Schneidbelag ist. Beispielsweise kann in die breite Außenseite des Schneidbelagträgers mittig oder außermittig eine schmalere Nut eingefräst oder auf andere Weise erzeugt sein, in der der Schneidbelag aufgenommen ist. Dann befinden sich beidseits des Schneidbelags Stützkanten aus dem Material des Schneidbelagträgers.There are also variants in which the cutting pad carrier is wider than the cutting pad. For example, a narrower groove can be milled or produced in some other way in the middle or off-center of the wide outside of the cutting pad carrier, in which the cutting pad is accommodated. Then there are supporting edges made of the material of the cutting layer carrier on both sides of the cutting layer.
Die Arbeitsfläche 220 hat eine generell konvexe makroskopische Gestalt in der Weise, dass der Mittelbereich der Arbeitsfläche gegenüber den Randbereichen an den Seitenflächen in Radialrichtung R nach außen vorgewölbt ist. Die konvexe Gestalt ist jedoch nicht abgerundet, sondern facettiert. Konkret weist die Arbeitsfläche 220 drei jeweils makroskopisch ebene Facetten 230-1, 230-2, 230-3 auf, die entlang von in Längsrichtung L verlaufenden Kanten (Längskanten) zu einer benachbarten Facette oder einem Seitenrand bzw. einer Seitenfläche übergehen. Die an die links erkennbare Seitenfläche 212-1 angrenzende erste Facette 230-1 schließt mit dieser Seitenfläche am Seitenrand einen Winkel von mehr als 90° ein und bildet mit dieser eine erste Kante 235-1. Eine zweite Facette 230-2, die parallel zur ebenen Außenseite 204 des Schneidbelagträgers 202 verläuft, schließt mit der ersten Facette 230-1 einen Innenwinkel IW von weniger als 180° ein und bildet gemeinsam mit diesem am Übergang eine zweite Kante 235-2. Auf der rechts erkennbaren Seite befindet sich eine dritte Facette 230-3, die im Bereich einer dritten Kante 235-3 zur zweiten Facette übergeht und mit dieser einen Innenwinkel von weniger als 180° einschließt. Die dritte Facette geht entlang einer vierten Kante 235-4 in die rechte Seitenfläche 212-2 bzw. den rechten Seitenrand über.The
An den Facettenoberflächen stehen die Schneidkörner über das Niveau der Bindung hinaus, es existiert also ein Kornüberstand, so dass die frisch präparierte, facettierte Arbeitsfläche vor allem auch im Bereich der Längskanten 235-1 etc. schneidfreudig ist.On the faceted surfaces, the cutting grains protrude beyond the level of the bond, so there is a grain protrusion, so that the freshly prepared, faceted work surface is easy to cut, especially in the area of the longitudinal edges 235-1 etc.
Die Größenverhältnisse sind nicht maßstäblich dargestellt. Abhängig von dem Nenndurchmesser, für den die Honleiste optimiert ist, sowie abhängig von der Anzahl der Facetten können die Innenwinkel IW beispielsweise in der Größenordnung zwischen 170° und 179° liegen, gegebenenfalls auch darüber oder darunter. Die in Breitenrichtung B gemessenen Breiten der Facetten sind etwa gleich groß, sie unterscheiden sich vorzugsweise um nicht mehr als ± 20 %. Bei einer ungeraden Anzahl von Facetten ist vorzugsweise eine mittlere Facette (hier die zweite Facette 230-2) vorgesehen, deren Facettenfläche parallel zur Außenfläche 204 des Schneidbelagträgers verläuft. Die zweite Facette kann durch die ursprüngliche Oberfläche des zunächst mit gleichmäßiger Schichtdicke DS aufgetragenen Schneidbelags gebildet sein oder durch paralleles Zurückversetzen demgegenüber bereits bearbeitet sein.The proportions are not shown to scale. Depending on the nominal diameter for which the honing stone is optimized and depending on the number of facets, the internal angles IW can, for example, be of the order of magnitude be between 170° and 179°, possibly also above or below. The widths of the facets measured in width direction B are approximately the same size, they preferably differ by no more than ±20%. If there is an odd number of facets, a central facet (here the second facet 230-2) is preferably provided, the facet surface of which runs parallel to the
Die Anzahl der Facetten und die Breiten der Facetten sind vorzugsweise so aufeinander abgestimmt, dass die aus Schneidmaterial bestehenden Kanten im Wesentlichen auf einer gemeinsamen (mit gestrichelter Linie dargestellten) Zylinderfläche Z liegen, deren Krümmungsradius dem Nennradius der zu bearbeitenden Bohrung entspricht. Dadurch ist gewährleistet, dass die frische Honleiste bei erstmaliger Zustellung in Richtung Bohrungsinnenwand an allen Kanten (Längskanten) gleichzeitig an der Bohrungsinnenwand anliegt. In den Bereichen zwischen den Längskanten gibt es dagegen in Radialrichtung gesehen jeweils einen mehr oder weniger großen Spalt zwischen Facette und Bohrungsinnenwand.The number of facets and the widths of the facets are preferably coordinated in such a way that the edges consisting of cutting material essentially lie on a common cylindrical surface Z (shown with a dashed line) whose radius of curvature corresponds to the nominal radius of the bore to be machined. This ensures that the fresh honing stone rests against the inner wall of the bore on all edges (longitudinal edges) when it is first fed in the direction of the inner wall of the bore. In contrast, in the areas between the longitudinal edges, viewed in the radial direction, there is in each case a more or less large gap between the facet and the inner wall of the bore.
Die facettierte Geometrie der abrasiven Arbeitsfläche 220 ermöglicht kurze Einlaufzeiten, bevor die Honleiste an ihrer Arbeitsfläche in vollem großflächigem Eingriff mit der Bohrungsinnenwand steht. Dabei stehen zu Beginn der Einlaufphase nur die Längskanten in Kontakt mit der Bohrungsinnenwand. Aufgrund der daraus resultierenden großen Flächenpressung ist der Verschleiß am Schneidbelag in den Kantenbereichen am größten, so dass sich die Kanten schnell verrunden und die verrundeten Bereiche benachbarter Kanten sich einander schnell annähern, bis die Facetten verschwinden und eine durchgängig im Wesentlichen zylindrisch gekrümmte Arbeitsfläche entsteht. Somit können Honwerkzeuge, die mit derartigen Honleisten ausgestattet sind, nach kürzester Zeit produktiv arbeiten, so dass kein oder kaum Ausschuss am bearbeiteten Werkstück entsteht.The faceted geometry of the abrasive working
Frische Honleisten der hier beschriebenen Art lassen sich in einem relativ einfach und kostengünstig realisierbaren Herstellungsprozess mit präzise vorgebbarer Geometrie herstellen. Ein beispielhafter Herstellungsprozess wird anhand von
Zunächst wird ein Honleisten-Rohling hergestellt, bei dem auf die ebene Außenseite eines plattenförmigen Schneidbelagträgers 202 ein Schneidbelag 220 mit konstanter Schichtdicke aufgebracht wird, beispielsweise durch Sintern. Dann werden ausgehend von der mehr oder weniger ebenen Außenfläche des Schneidbelags Facetten angebracht, die zu der gewünschten facettierten Makroform führen. Im Beispielsfall wird dazu ein Planschleifverfahren mithilfe einer Topfscheibe 300 eingesetzt, die um eine Drehachse 302 rotierend angetrieben wird und mit Diamantschneidmittel besetzt ist. Die senkrecht zur Drehachse orientierte Stirnfläche 305 steht in Schleifeingriff mit dem Schneidbelag (Stirnschleifen). Im Fall des hier beschriebenen Drittelschliffs wird zunächst eine der seitlichen Facetten (erste oder dritte Facette) erzeugt, danach werden das Schleifwerkzeug und die Honleiste so relativ zueinander verkippt, dass die andere Facettenfläche (dritte oder erste Facette) durch Planschleifen erzeugt wird. Je nach Vorbearbeitungsqualität kann die mittlere Facette (zweite Facette) unbearbeitet stehen bleiben oder aber ebenfalls durch Planschleifen nachbearbeitet werden, so dass alle Facetten im Wesentlichen die gleiche Oberflächenqualität haben.First, a honing stone blank is produced, in which a
Im Beispielsfall sind die Schneidkörner des Planschleifwerkzeugs 300 härter als die Schneidkörner 215 im Schneidbelag der Honleiste, so dass Schneidkörner des Schneidbelags wenigstens teilweise mit abgetragen werden und eine makroskopisch ebene Schleifoberfläche mit teilweise angeschnittenen Schneidkörnern entsteht.In the example, the cutting grains of the surface grinding tool 300 are harder than the cutting
In einem zweiten Prozessschritt wird dann die Bindung gegenüber den Schneidkörnern mechanisch zurückgesetzt (vgl.
Es gibt zahlreiche Varianten. Die Anzahl der Facetten ist nicht auf drei beschränkt, es können beispielsweise auch nur zwei Facetten vorgesehen sein, so dass die abrasive Arbeitsfläche zunächst eine Dachform hat. Auch mehr als drei Facetten können vorgesehen sein, z.B. vier oder fünf Facetten. Dies kann vorteilhaft sein, um eine noch schnellere Einlaufphase zu erzielen, muss jedoch abgewogen werden mit einem etwas längeren Herstellprozess. Weiterhin ist es nicht zwingend notwendig, dass die Facetten alle im Wesentlichen die gleiche Breite haben. Es können auch Facetten mit ungleichen Breiten erzeugt werden. In der Regel ist jedoch die facettierte Oberfläche im Wesentlichen spiegelsymmetrisch zu einer Symmetrieebene, die in Breitenrichtung zwischen den Breitseiten der Honleiste liegt.There are numerous variants. The number of facets is not limited to three; only two facets can be provided, for example, so that the abrasive working surface initially has a roof shape. More than three facets can also be provided, for example four or five facets. This can be beneficial to achieve an even faster break-in period, but has to be traded off against a slightly longer manufacturing process. Furthermore, it is not absolutely necessary that the facets all have essentially the same width. Facets with unequal widths can also be created. Usually, however, the Faceted surface is essentially mirror-symmetrical to a plane of symmetry that lies in the width direction between the broad sides of the honing stone.
Das Konzept der Erfindung ist bei unterschiedlichen Schneidbelag-Typen nutzbar, beispielsweise bei Schneidbelägen mit metallischer Bindung oder keramischer Bindung oder mit Kunstharz-Bindung.The concept of the invention can be used with different types of cutting coatings, for example cutting coatings with a metallic bond or ceramic bond or with a synthetic resin bond.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION
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